DE19807193C1

DE19807193C1 - Wind-powered energy generation plant

Info

Publication number: DE19807193C1
Application number: DE19807193A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Psolla-Bress; Alfred Dipl Ing Heddergott; Erich Dr Rer Nat Wedemeyer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2018-02-21
Also published as: EP0937893A3; EP0937893A2

Abstract

The generation plant has a vertical mast (2) supporting a hub (3) which rotates about a horizontal axis (5), with up to four tangentially spaced radial rotor blades (8). Each blade carries a grid profile (9) with longitudinal struts radial to the rotation axis and transverse struts tangential to the rotation axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage in Schnelläufer ausführung, mit einem Turm, mit einer am oberen Ende des Turms angeordneten und um eine horizontal verlaufende Rotationsachse drehbaren Nabe und mit maximal vier sich von der Nabe radial er streckenden und tangential beabstandeten luftangeströmten Rotor flügeln zur Erzeugung von Auftrieb und daraus resultierender Drehung der Nabe. Windkraftanlagen dienen hauptsächlich der Stromerzeugung. Sie finden aber auch Anwendung zum direkten An trieb von mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Vor richtungen. Der Energieentzug aus der Luftströmung erfogt dabei durch Verzögerung der Windgeschwindigkeit. Die Rotorflügel werden vom Wind unter einem Anstellwinkel angeströmt, wobei sich an den Rotorflügeln eine Überdruck- und eine Unterdruckseite ausbildet, so daß für die Drehung der Nabe erforderlicher Auf trieb in Richtung der Unterdruckseite entsteht. The invention relates to a high-speed wind turbine design, with a tower, with one at the top of the tower arranged and about a horizontal axis of rotation rotatable hub and with a maximum of four radially from the hub stretching and tangentially spaced air-flow rotor wings to generate buoyancy and resultant Hub rotation. Wind turbines are mainly used for Power generation. But they are also used for direct delivery driven by mechanical, hydraulic or pneumatic propulsion directions. The energy is extracted from the air flow by delaying the wind speed. The rotor blades are flown by the wind at an angle of attack, whereby an overpressure and a vacuum side on the rotor blades trains so that required for the rotation of the hub drives in the direction of the negative pressure side.

Eine Windkraftanlage der eingangs beschriebenen Art ist als GROWIAN (GROß WInd ANlage) aus der Zeitschrift Elektrotechnik, Nr. 6 - 1988, Seite 40, "Windenergienutzung - Eine Übersicht" bekannt. Dabei sind meist zwei gegenüberliegende Rotorflügel vorgesehen, die jeweils ein aerodynamisches Profil aufweisen. GROWIANe werden zu den Schnelläufern gezählt, da ihre Schnellaufzahl lambda = v_u: v₁ (v_u = Umfangsgeschwindigkeit an der Blattspitze, v₁ = Windgeschwindigkeit vor dem Windkraftrad) zwischen 4 und 10 liegt. Mit Anlagen dieser Art können Leistungsbeiwerte von 40 bis 45% erzielt werden. Der theore tische maximale Leistungsbeiwert für Windkraftanlagen liegt bei 59,3%. Beim Betrieb vom GROWIANen muß gewährleistet werden, daß der Anstellwinkel zwischen den Rotorflügeln und der Windrichtung in einem Bereich von 8° bis 12° liegt. Wenn der Anstellwinkel unterhalb von 8° liegt, ist zwar eine gute Anströmung der Flügel sichergestellt, der erzeugte Auftrieb reicht jedoch nicht für den Betrieb der Anlage aus. Bei ca. 12° Anstellwinkel ist der Maximalauftrieb erreicht. Oberhalb dieses Wertes kommt es zu einem Abreißen der Strömung. Die Anlage sollte somit idealer weise im Auftriebsmaximum bei einem konstant zu haltenden Anstellwinkel von 12° betrieben werden. Dies macht es notwendig, eine aufwendige Ausrichtungs- und Regelungseinrichtung vorzu sehen, beispielsweise mit Hilfe einer Hydraulik oder elektro motorischer Verstellantriebe. Die Anlagen können erst bei höheren Windgeschwindigkeiten betrieben werden, da der maximale Auftrieb bei nur ca. 12° Anstellwinkel bei niedrigen Windge schwindigkeiten nicht zur Drehung der Nabe ausreicht. Bei hohen Windgeschwindigkeiten wiederum müssen die Anlagen wegen möglicher Flatterschwingungen abgeschaltet werden. All diese Faktoren führen dazu, daß der Regelungsaufwand für die Anlagen sehr hoch ist, was seinen Niederschlag in hohen Investitions- und Betriebskosten findet.A wind turbine of the type described at the outset is known as a GROWIAN (GROß WInd ANlage) from the magazine Elektrotechnik, No. 6 - 1988, page 40, "Wind energy use - an overview". Usually two opposing rotor blades are provided, each with an aerodynamic profile. GROWIANe are counted among the high-speed runners because their high-speed number lambda = v _u : v ₁ (v _u = peripheral speed at the tip of the blade, v ₁ = wind speed in front of the wind turbine) is between 4 and 10. With systems of this type, performance coefficients of 40 to 45% can be achieved. The theoretical maximum power factor for wind turbines is 59.3%. When operating the GROWIANen, it must be ensured that the angle of attack between the rotor blades and the wind direction is in a range from 8 ° to 12 °. If the angle of attack is below 8 °, a good flow against the wing is ensured, but the lift generated is not sufficient to operate the system. The maximum lift is reached at an angle of attack of approx. 12 °. Above this value the flow breaks off. The system should therefore ideally be operated at the maximum buoyancy with a constant angle of attack of 12 °. This makes it necessary to provide a complex alignment and control device, for example with the aid of a hydraulic or electromotive adjustment drive. The systems can only be operated at higher wind speeds, since the maximum lift at an approx. 12 ° angle of attack at low wind speeds is not sufficient to turn the hub. At high wind speeds, in turn, the systems have to be switched off due to possible fluttering vibrations. All of these factors mean that the control effort for the systems is very high, which is reflected in high investment and operating costs.

Eine weitere Windkraftanlage ist als Westernrad aus der Zeit schrift Elektrotechnik, Nr. 6 - 1988, Seite 39, "Windenergie nutzung - Eine Übersicht" bekannt. Bei einem Westernrad handelt es sich um eine Windkraftanlage in typischer Langsamläufer ausführung, bei der die Schnellaufzahl lambda deutlich unterhalb von 4 liegt. Ein Westernrad weist eine Vielzahl von Flügeln auf, die sich radial von der Nabe er strecken und tangential mit geringem Abstand zueinander angeord net sind. Westernräder werden hauptsächlich zum Pumpen von Was ser verwendet und finden vorwiegend in den USA mit ca. sechs Millionen Einheiten eine starke Verbreitung. Von weiterer Ent fernung vermitteln sie den optischen Eindruck eines Rads, was zu der Bezeichnung "Westernrad" führte. Die einzelnen Flügel weisen eine mit einfachen Mitteln kostengünstig herzustellende Geome trie auf. Ihre Steuerung wird mit Hilfe einer einfachen Wind fahne realisiert, die für eine an die Windrichtung angepaßte Ausrichtung des Westernrads sorgt. Westernräder weisen aufgrund ihrer Geometrie keine besonders hohe Stabilität auf. Wie alle Langsamläufer weisen sie nur einen geringen Wirkungsgrad von etwa 15% auf, weshalb sich eine Verwendung zur Erzeugung von Strom und dessen Einspeisung ins Netz nicht anbietet.Another wind turbine is out of time as a western wheel electrical engineering, No. 6 - 1988, page 39, "Wind energy usage - an overview "known. Acting with a western bike it is a typical slow-speed wind turbine version where the lambda speed index is significantly below of 4 lies. A western bike has one Variety of wings extending radially from the hub stretch and arranged tangentially with a small distance from each other are not. Western bikes are mainly used for pumping what We mainly use and find them in the USA at around six Millions of units spread widely. From further ent distance they give the visual impression of a bike, what to the name "Westernrad" led. The individual wings point a geome that is inexpensive to produce with simple means gushed. Your control is done with the help of a simple wind realizes the flag for one adapted to the wind direction Alignment of the western wheel ensures. Western bikes show due not particularly high stability due to their geometry. Like all Slow runners have a low efficiency of about 15%, which is why it is used to generate Does not offer electricity and its feeding into the grid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage in Schnelläuferausführung bereitzustellen, die bei unterschied lichen Windverhältnissen ohne großen Steuerungsaufwand einsetz bar ist.The invention has for its object a wind turbine to be provided in high-speed version, which at differ use wind conditions without much control effort is cash.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Windkraftanlage der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Rotorflügel jeweils ein luftdurchströmtes Gitterprofil zur Erzeugung des Auftriebs aufweisen. Die Rotorflügel besitzen eine hohe aerodynamische Wirksamkeit bei Anstellwinkeln zwischen 10° und 50°. Die Er zeugung von ausreichend großem Auftrieb bei derart hohen An stellwinkeln ist möglich, da die Strömung, die sich aufgrund des Anstellwinkels von der Unterdruckseite der angeströmten Strebe entfernt, in Kontakt mit der Strömung auf der Überdruckseite der nächsten Strebe kommt und von dieser in Richtung der ersten Strebe zurückgelenkt wird. In dieser Weise wird ein Abreißen der Strömung an der angeströmten Strebe durch die benachbarte Strebe auf der Unterdruckseite verhindert. Dadurch ist es möglich, durch Einsatz eines Rotorflügels mit einem Gitterprofil anstelle eines aerodynamisch profilierten Einzelflügels identischer Abmaße den erzeugten Auftrieb auf 300% und mehr zu erhöhen. Der große Bereich möglicher Anstellwinkel bei einem Gitterprofil von etwa 40° bringt den Vorteil mit sich, daß die Ausrichtung der Rotorflügel relativ zu der Windrichtung nicht exakt eingestellt werden muß. In Gebieten, in denen der Wind vornehmlich aus einer Richtung kommt, ist somit keine Einstellung des Anstellwinkels im Betrieb der Anlage notwendig. Der Einstellwinkel wird ledig lich bei der Montage der Anlage gewählt und bleibt dann unverän dert. Dies gilt auch für Gebiete, in denen die Abweichung der Windrichtung bei etwa 40° oder darunter liegt, da in diesem Bereich für den Betrieb der Anlage ausreichend Auftrieb erzeugt werden kann. Falls dennoch Einstellbedarf besteht, ist eine sehr einfache Regelung für die Ausrichtung der Rotorflügel gegenüber der Windrichtung ausreichend. Beispielsweise kann hierfür eine einfache und kostengünstige Windfahne verwendet werden. Falls die Anlage im Auftriebsmaximum laufen soll, kann eine bekannte Feinregelung verwendet werden. Die Rotorflügel können in einer leichten Sandwich-Bauweise hergestellt werden, die den Vorteil guter Dämpfungseigenschaften gegenüber Schwingungen mit sich bringt. Bei gleicher Spannweite sind Gitterprofile aufgrund ihrer Geometrie um ein vielfaches leichter und gleichzeitig fester und steifer als aerodynamische Profile. Wegen der gerin gen Masse, dem daraus resultierenden geringen Losbrechmoment und der hohen aerodynamischen Wirksamkeit kann mit Gitterprofilen schon bei niedrigen Windgeschwindigkeiten Energie gewonnen wer den, wodurch eine Anwendung auch in windarmen Gebieten möglich ist. Wegen der hohen Unempfindlichkeit gegen Schwingungen können Gitterprofile aber auch bei hohen Windgeschwindigkeiten, also auch in windstarken Gebieten, eingesetzt werden. Der höhere Strömungswiderstand und der daraus resultierende nominell geringere Wirkungsgrad von Gitterprofilen im Vergleich zu aerodynamischen Profilen wäre beim Einsatz solcher Profile beim Bau von Fluggeräten nachteilig, beim Bau von Windkraftanlagen ist er jedoch unerheblich. Der Widerstand wird problemlos vom Turm aufgenommen. According to the invention, this is the case at the beginning of a wind turbine described type achieved in that the rotor blades each an air-flowed lattice profile for generating buoyancy exhibit. The rotor blades have a high aerodynamic Effectiveness at angles of attack between 10 ° and 50 °. The he Generation of sufficiently large buoyancy at such a high level Angle is possible because the flow, which is due to the Angle of attack from the negative pressure side of the strut removed, in contact with the flow on the positive pressure side of the next strut comes and from this towards the first Strut is steered back. This will tear off the Flow on the strut flowing through the neighboring strut prevented on the vacuum side. This makes it possible by using a rotor blade with a grid profile instead of an aerodynamically profiled single wing more identical Dimensions increase the generated buoyancy to 300% and more. Of the large range of possible angles of attack with a grid profile of about 40 ° has the advantage that the orientation of the The rotor blades are not exactly adjusted relative to the wind direction must become. In areas where the wind is primarily from a Direction is not an adjustment of the angle of attack necessary in the operation of the system. The setting angle becomes single Lich selected when installing the system and then remains unchanged different. This also applies to areas in which the deviation of the Wind direction is about 40 ° or below, because in this Sufficient buoyancy is generated in the area for the operation of the system can be. If there is still a need for adjustment, it is very simple regulation for the alignment of the rotor blades opposite the wind direction is sufficient. For example, a simple and inexpensive wind vane can be used. If the system should run at the maximum buoyancy, a known one Fine control can be used. The rotor blades can be in one lightweight sandwich construction can be made, which has the advantage good damping properties against vibrations brings. With the same span, lattice profiles are due their geometry many times lighter and at the same time firmer and stiffer than aerodynamic profiles. Because of the gerin mass, the resulting low breakaway torque and The high aerodynamic effectiveness can be achieved with grid profiles energy can be obtained even at low wind speeds which means that it can also be used in areas with little wind is. Because of the high insensitivity to vibrations Grid profiles but also at high wind speeds, so can also be used in windy areas. The higher one Flow resistance and the resulting nominal lower efficiency of lattice profiles compared to aerodynamic profiles would be when using such profiles Construction of aircraft disadvantageous in the construction of wind turbines however, it is irrelevant. The resistance is easily from Tower added.

Das Gitterprofil kann sich in Bezug auf die Rotationsachse ra dial erstreckende Längsstreben und sich in Bezug auf die Rota tionsachse tangential erstreckende Querstreben aufweisen. Das Gitterprofil kann auch kreisbogenabschnittförmig ausgebildet sein. Dabei dienen stets die Längsstreben zur Erzeugung des Auftriebs. Die Querstreben haben die Funktion, das Gitterprofil zu verstärken.The lattice profile can ra in relation to the axis of rotation dial extending longitudinal struts and in relation to the rota tion axis tangentially extending cross struts. The Grid profile can also be designed in the form of a segment of a circular arc be. The longitudinal struts always serve to generate the Buoyancy. The cross struts have the function, the grid profile to reinforce.

Die Längsstreben können unter einem Anstellwinkel von 30° ± 5° gegenüber der Rotationsachse angeordnet sein. Vorzugsweise soll te ein Anstellwinkel von 30° gewählt werden, da dieser in der Mitte des möglichen Anstellwinkelbereichs von 10° bis 50° liegt. Ausgehend von einer Windrichtung, die parallel zu der Rotations achse der Nabe verläuft, führt somit eine Abweichung der Wind richtung von ± 20° zu keiner Notwendigkeit der Neuausrichtung der Längsstreben des Gitterprofils oder gar dem Stillstand der Anlage.The longitudinal struts can be set at an angle of 30 ° ± 5 ° be arranged opposite the axis of rotation. Preferably should an angle of incidence of 30 ° should be selected, as this is in the The middle of the possible angle of attack range from 10 ° to 50 °. Assuming a wind direction that is parallel to the rotation The axis of the hub runs, so there is a deviation of the wind Direction of ± 20 ° with no need for realignment the longitudinal struts of the lattice profile or even the standstill of the Investment.

Die Anordung der Längsstreben unter dem Anstellwinkel von 30° ± 5° gegenüber der Rotationsachse kann realisiert werden, indem die Längsstreben gegenüber einer Flächennormalen der Haupter streckungsebene des Gitterprofils in dem Anstellwinkel von 30° ± 5° angeordnet sind. Dies bedeutet, daß die Längsstreben unter dem Anstellwinkel schräg in dem Gitterprofil angeordnet sind. Hierdurch wird eine Voreinstellung des Anstellwinkels erreicht, so daß die Gitterprofile mit den Flächennormalen ihrer Haupt erstreckungsebenen parallel zu der Rotationsachse eingebaut und eingestellt werden können, wodurch der Einbau der Gitterprofile sehr einfach ist.The arrangement of the longitudinal struts at the angle of attack of 30 ° ± 5 ° relative to the axis of rotation can be realized by the longitudinal struts against a surface normal of the main extension plane of the lattice profile at the angle of attack of 30 ° ± 5 ° are arranged. This means that the struts below the angle of attack are arranged obliquely in the grid profile. As a result, the angle of attack is preset, so that the lattice profiles with the surface normal of their main extension planes installed parallel to the axis of rotation and can be adjusted, thereby the installation of the lattice profiles is very simple.

Dabei kann das Gitterprofil Streben aufweisen, die zueinander in einem Winkel von 90° so angeordnet sind, daß gedachte Diagonalen zwischen den Verbindungsstellen der Streben radial und tangen tial zu der Rotationsachse verlaufen. Diese Kreuz- oder X-Bau weise hat den Vorteil, daß die Streben in beiden Richtungen zur Erzeugung von Auftrieb angeströmt werden. The lattice profile can have struts that face each other in are arranged at an angle of 90 ° so that imaginary diagonals between the connection points of the struts radial and tang tial to the axis of rotation. This cross or X construction wise has the advantage that the struts in both directions Generation of buoyancy can be flown against.

Alternativ können die Flächennormalen der Haupterstreckungsebene des Gitterprofils in dem Anstellwinkel von 30° ± 5° gegenüber der Rotationsachse verlaufen. Dies bedeutet, daß das Gitterpro fil um seine Längsachse um den Anstellwinkel verdreht eingebaut wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Streben ohne Be rücksichtigung des Anstellwinkels rechtwinklig in das Gitter profil eingebaut werden können. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Montage der Gitterprofile gewährleistet. Die Ein stellung des Anstellwinkels erfolgt erst später bei der Montage der Rotorflügel an der Nabe.Alternatively, the surface normals of the main extension plane of the grid profile in the angle of attack of 30 ° ± 5 ° the axis of rotation. This means that the grid pro fil rotated about its longitudinal axis by the angle of attack becomes. It is particularly advantageous that the struts without loading taking into account the angle of attack at right angles in the grid profile can be installed. This makes it simple and Cost-effective assembly of the lattice profiles guaranteed. The one The angle of attack is not set until later during assembly the rotor blade on the hub.

Das Gitterprofil kann Streben rechteckigen Querschnitts mit abgerundeten Kanten aufweisen. Dies hat den Vorteil, daß die Gitterprofile und insbesondere die Streben einen sehr einfachen Aufbau haben, so daß Teilefertigung und Montage gut automati sierbar und kostengünstig zu realisieren sind.The grid profile can be rectangular cross-section with struts have rounded edges. This has the advantage that the Grid profiles and especially the struts a very simple one Have structure so that parts production and assembly well automati can be realized and implemented inexpensively.

Das Gitterprofil kann gewölbte Streben aufweisen. Die gewölbten Streben haben den Vorteil, daß ihr Profil eine effizientere Er zeugung von Auftrieb gestattet und größere Anstellwinkel möglich sind.The grid profile can have curved struts. The arched Struts have the advantage that their profile is more efficient Generation of buoyancy permitted and larger angles of attack possible are.

Das Gitterprofil kann aerodynamisch profilierte Streben aufwei sen. Diese aerodynamisch profilierten Streben haben wiederum gegenüber den gewölbten Streben den Vorteil, daß sie noch besser zur Erzeugung von Auftrieb geeignet sind und noch größere Anstellwinkel zulassen.The grid profile can have aerodynamically profiled struts sen. In turn, these aerodynamically profiled struts have compared to the arched struts the advantage that they are even better are suitable for generating buoyancy and even larger Allow angle of attack.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben und erläutert. Dabei zeigt:The invention is based on preferred exemplary embodiments further described and explained. It shows:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Windkraftanlage in einer ersten Ausführungsform, Fig. 1 is a front view of a wind turbine in a first embodiment;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Windkraftanlage gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a side view of the wind turbine shown in FIG. 1,

Fig. 3 eine Detailansicht eines Gitterprofils der Windkraft anlage gemäß Fig. 1, Fig. 3 is a detail view of a grating profile of the wind turbine shown in FIG. 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Gitterprofil der Windkraft anlage gemäß Fig. 1 entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 4 shows a section through the grating profile of the wind turbine of FIG. 1 along the line IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende Schnittansicht eines Gitterprofils bei einer alternativen Anordnung von Längsstreben, Fig. 5 is a Fig. 4 corresponding sectional view of a grating profile in an alternative arrangement of longitudinal struts,

Fig. 6 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der Windkraftanlage, Fig. 6 is a front view of a second embodiment of the wind turbine,

Fig. 7 eine Detailansicht eines Gitterprofils der Windkraft anlage gemäß Fig. 6, Fig. 7 is a detail view of a grating profile of the wind turbine shown in FIG. 6,

Fig. 8 eine Vorderansicht der Windkraftanlage in einer dritten Ausführungsform, Fig. 8 is a front view of the wind power plant in a third embodiment;

Fig. 9 eine Detailansicht eines Gitterprofils der Windkraft anlage gemäß Fig. 8, Fig. 9 is a detail view of a grating profile of the wind turbine shown in FIG. 8,

Fig. 10 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Windkraftanlage, Fig. 10 is a front view of another embodiment of the wind turbine,

Fig. 11 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Windkraftanlage, Fig. 11 is a front view of another embodiment of the wind turbine,

Fig. 12 eine Schnittansicht einer aerodynamisch profilierten Strebe eines Gitterprofils, Fig. 12 is a sectional view of an aerodynamically profiled strut of a grating profile,

Fig. 13 eine Schnittansicht einer gewölbten Strebe eines Gitterprofils, und Fig. 13 is a sectional view of a curved strut of a grating profile, and

Fig. 14 eine Schnittansicht einer Strebe eines Gitterprofils mit rechteckigem Querschnitt und abgerundeten Kanten. Fig. 14 is a sectional view of a strut of a lattice profile with a rectangular cross section and rounded edges.

In Fig. 1 ist eine Windkraftanlage 1 dargestellt, die einen Turm 2 aufweist, der mit seinem unteren Ende in dem Boden 3 verankert ist. Am oberen Ende des Turms 2 ist eine Nabe 4 so drehbar ange ordnet, daß ihre Rotationsachse 5 horizontal und parallel zu einer Windrichtung 6 verläuft. Von der Nabe 4 erstrecken sich radial drei Träger 7, die tangential beabstandet sind und unter einander einen Winkel von 120° aufweisen. An dem der Nabe 4 abgewandten Ende jedes Trägers 7 ist jeweils ein eine Längsachse 15 aufweisender Rotorflügel 8 angeordnet. Jeder Rotorflügel 8 weist ein Gitterprofil 9 und jedes der Gitterprofile 9 Längs streben 10 und Querstreben 11 auf. Dabei erstrecken sich die Längsstreben annähernd radial, während die Querstreben tangen tial zu der Rotationsachse 5 verlaufen. Das Gitterprofil 9 weist eine Haupterstreckungsebene 12 mit einer Flächennormalen auf. Die Flächennormale verläuft parallel zu der Rotationsachse 5. Bei Betrieb der Windkraftanlage 1 trifft der aus der Wind richtung 6 kommende Wind auf die Längsstreben 10 der Gitterpro file 9, die gegenüber der Windrichtung 6 in einem Anstellwinkel angestellt sind, so daß an den Längsstreben 10 jeweils eine Überdruck- und eine Unterdruckseite ausgebildet wird. Die Strömung, die sich aufgrund des Anstellwinkels von der Unter druckseite der angeströmten Längsstrebe 10 entfernt, kommt in Kontakt mit der Strömung auf der Überdruckseite der nächsten Längsstrebe 10 und von dieser in Richtung der ersten Längsstrebe 10 zurückgelenkt. In dieser Weise wird ein Abreißen der Strömung an der angeströmten Längsstrebe 10 durch die benachbarte Längs strebe 10 verhindert und Auftrieb in Richtung der Unterdruck seite erzeugt, der zu einer Drehung der Nabe 4 um die Rotations achse 5 gemäß Drehrichtung 16 führt.In Fig. 1, a wind turbine 1 is shown, which has a tower 2 , which is anchored with its lower end in the floor 3 . At the upper end of the tower 2 , a hub 4 is rotatably arranged so that its axis of rotation 5 runs horizontally and parallel to a wind direction 6 . Radially extending from the hub 4 are three supports 7 which are tangentially spaced and have an angle of 120 ° with one another. At the end of each carrier 7 facing away from the hub 4 , a rotor blade 8 having a longitudinal axis 15 is arranged in each case. Each rotor blade 8 has a grid profile 9 and each of the grid profiles 9 longitudinal struts 10 and 11 cross struts. The longitudinal struts extend approximately radially, while the cross struts extend tangentially to the axis of rotation 5 . The grating profile 9 has a main extension plane 12 with a surface normal. The surface normal runs parallel to the axis of rotation 5. When the wind turbine 1 is operating, the wind coming from the wind direction 6 hits the longitudinal struts 10 of the lattice file 9 , which are set at an angle of attack relative to the wind direction 6 , so that each of the longitudinal struts 10 an overpressure and a vacuum side is formed. The flow, which is due to the angle of attack from the negative pressure side of the longitudinal strut 10 , comes into contact with the flow on the positive pressure side of the next longitudinal strut 10 and deflected back in the direction of the first longitudinal strut 10 . In this way, a tearing off of the flow on the flow strut 10 by the adjacent longitudinal strut 10 is prevented and buoyancy generated in the direction of the negative pressure side, which leads to a rotation of the hub 4 about the axis of rotation 5 in the direction of rotation 16 .

In Fig. 2 ist der obere Rotorflügel 8 in seiner vollen Länge erkennbar, während die beiden anderen Rotorflügel 8 in der Blickrichtung hintereinander liegen und nur verkürzt wahrnehmbar sind. Es ist weiterhin die Flächennormale 13 der Haupter streckungsrichtung des Gitterprofils 9 zuerkennen, die parallel zu der Rotationsachse 5 der Nabe 4 verläuft.In Fig. 2 the upper rotor blade 8 can be seen in its full length, while the other two rotor blades 8 lie one behind the other in the viewing direction and are only perceptible in a shortened manner. It is also to be recognized the surface normal 13 of the main direction of extension of the grid profile 9 , which runs parallel to the axis of rotation 5 of the hub 4 .

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Gitterprofils 9 des oberen Rotorflügels 8 dargestellt. Die Längsstreben 10 sind dabei unter dem Anstellwinkel gegenüber der Rotationsachse 5 (Fig. 1 und 2) angeordnet. Dies ist dadurch erkennbar, daß im rechten Bereich der Figur die äußere Längsstrebe 10 von der Seite her betrachtbar ist. Bei den anderen Längsstreben 10 fallen die Hinterkanten der einen Längsstrebe 10 mit den Vorderkanten der jeweils rechts davon angeordneten Längsstrebe 10 zusammen, so daß die Hinterkanten nicht sichtbar sind.In Fig. 3 a section of the grating profile is shown 9 of the upper rotor blade 8. The longitudinal struts 10 are arranged at the angle of attack relative to the axis of rotation 5 ( FIGS. 1 and 2). This can be seen from the fact that in the right-hand area of the figure the outer longitudinal strut 10 can be viewed from the side. In the case of the other longitudinal struts 10 , the rear edges of the one longitudinal strut 10 coincide with the front edges of the longitudinal strut 10 arranged on the right thereof, so that the rear edges are not visible.

In Fig. 4 ist der Schnitt gemäß IV-IV in Fig. 3 dargestellt. Es ist der Anstellwinkel 14 gegenüber der Windrichtung 6 zu erken nen, wobei die Längsstreben 10 gegenüber der Flächennormalen 13 der Haupterstreckungsebene des Gitterprofils 9 in dem Anstell winkel 14 angeordnet sind. Das heißt, daß die Längsstreben 10 in dem Gitterprofil 9 bereits bei der Fertigung bzw. Montage mit diesem Anstellwinkel 14 in das Gitterprofil 9 eingesetzt wurden.In FIG. 4, the section according to IV-IV in Figure is shown. 3,. It is the angle of attack 14 with respect to the wind direction 6 to recognize, the longitudinal struts 10 with respect to the surface normal 13 of the main extension plane of the lattice profile 9 in the setting angle 14 are arranged. That is, the longitudinal struts 10 have been used in the grating profile 9 during manufacture or assembly with this angle 14 in the grating profile. 9

In Fig. 5 ist ein Fig. 4 entsprechender Schnitt dargestellt, wobei hier die Flächennormale 13 der Haupterstreckungsebene des Gitterprofils 9 in dem Anstellwinkel 14 gegenüber der Rotations achse 5 angeordnet ist. Dies bedeutet, daß der gesamte Rotor flügel mit dem Gitterprofil um die Längsachse zur Realisierung des Anstellwinkels 14 verschwenkt wurde. Der Anstellwinkel 14 ist also nicht bereits bei der Fertigung bzw. Montage der Gitterprofile 9, sondern erst bei der Montage bzw. Einstellung der Rotorflügel an der Nabe berücksichtigt worden.In Fig. 5 is a Fig. 4 corresponding section is shown, wherein the surface normal 13 of the main extension plane of the grating profile 9 is arranged in the angle of attack 14 with respect to the axis of rotation 5 . This means that the entire rotor wing with the lattice profile was pivoted about the longitudinal axis to realize the angle of attack 14 . The angle of attack 14 has therefore not already been taken into account during the manufacture or assembly of the grid profiles 9 , but only during the assembly or adjustment of the rotor blades on the hub.

In Fig. 6 ist die Windkraftanlage 1 mit dem Gitterprofil 9 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Aus führungsform sind die Streben zueinander in einem Winkel von 90° so angeordnet, daß gedachte Diagonalen zwischen den Verbindungs stellen der Streben radial und tangential zu der Rotationsachse 5 verlaufen.In FIG. 6, the wind turbine 1 is shown with the grid profile 9 in a second embodiment. In this imple mentation form, the struts are arranged at an angle of 90 ° to one another so that imaginary diagonals between the connection points of the struts extend radially and tangentially to the axis of rotation 5 .

In Fig. 7 ist ein Teil des um die Längsachse 15 verdrehten Git terprofils 9 der Winkraftanlage 1 gemäß Fig. 6 dargestellt. Das heißt, daß der gesamte Rotorflügel um den Anstellwinkel verdreht eingebaut wurde.In Fig. 7 is a part of the twisted about the longitudinal axis 15 Git terprofils 9 of the angular power plant 1 shown in FIG. 6. This means that the entire rotor blade was installed rotated by the angle of attack.

In Fig. 8 ist die Winkraftanlage 1 mit zwei kreisbogenabschnitt förmigen Rotorfügeln 8 dargestellt. Dabei verlaufen jeweils die Querstreben 11 zwischen zwei Trägern 7 konzentrisch um die Rotationsachse 5, während sich die Längsstreben 10 radial zu der Rotationsachse 5 erstrecken. Damit weisen alle Auftrieb erzeu genden Längsstreben 10 den gleichen Abstand zu der Rotations achse 5 auf. Dies hat den Vorteil, daß alle Längsstreben 10 die gleiche Relativgeschwindigkeit gegenüber der Nabe 4 aufweisen.In Fig. 8, the angular force system 1 is shown with two circular blades 8- shaped rotor blades. In each case, the cross struts 11 run concentrically around the axis of rotation 5 between two supports 7 , while the longitudinal struts 10 extend radially to the axis of rotation 5 . So that all buoyancy generating longitudinal struts 10 at the same distance from the axis of rotation 5 . This has the advantage that all longitudinal struts 10 have the same relative speed with respect to the hub 4 .

In Fig. 9 ist die angestellte Anordung der Längsstreben 10 besonders gut erkennbar, da in dieser Ansicht, aufgrund des größeren Abstands zwischen den einzelnen Längsstreben 10, die Vorderkanten und Hinterkanten der Längsstreben 10 nicht zusammenfallen.In Fig. 9 the arrangement of the longitudinal struts 10 can be seen particularly well, since in this view, due to the greater distance between the individual longitudinal struts 10 , the front edges and rear edges of the longitudinal struts 10 do not coincide.

In Fig. 10 ist die Windkraftanlage 1 mit drei fächerförmigen Rotorflügeln 8 dargestellt. Dabei erstrecken sich die Gitter profile 9 bis hin zu der Nabe 4, d. h., es sind keine Träger vorgesehen. Die Querstreben 11 verlaufen konzentrisch um die Rotationsachse 5 und die Längsstreben 10 radial zu der Rotationsachse 5. In Fig. 10 the wind turbine 1 is shown with three fan-shaped rotor blades. 8 The lattice profiles 9 extend up to the hub 4 , ie no supports are provided. The cross struts 11 are concentric about the axis of rotation 5 and the longitudinal struts 10 are radial to the axis of rotation 5.

In Fig. 11 ist die Windkraftanlage 1 mit einem durchgängigen rechteckigen Rotorflügel 8 dargestellt. In Fig. 11, the wind turbine 1 is shown with a continuous rectangular rotor blade 8 .

In den Fig. 12 bis 14 sind mögliche Ausführungsformen der Streben 10, 11 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 12 aerodynamisch profilierte Streben 10, 11, die besonders gut zur Erzeugung von Auftrieb geeignet sind. Die gewölbten Streben 10, 11 in Fig. 13 sind kostengünstiger herzustellen, weisen aber immer noch gute aerodynamische Eigenschaften auf. In Fig. 14 sind Streben 10, 11 rechteckigen Querschnitts mit abgerundeten Kanten dargestellt, die besonders gut für die Anwendung in einem Gitterprofil geeignet sind, da sie bei ausreichend guten aerodynamischen Eigenschaften besonders einfach und kostengünstig herstellbar sind.In Figs. 12 to 14 are possible embodiments of the struts 10, 11. Here, FIG. 11 shows 12 aerodynamically profiled struts 10, which are particularly well suited for generating lift. The curved struts 10 , 11 in FIG. 13 are less expensive to produce, but still have good aerodynamic properties. In Fig. 14, struts 10, 11 of rectangular cross section are shown with rounded edges, which are particularly well suited for use in a grid profile, because they are particularly easily with sufficiently good aerodynamic properties and low cost.

Reference list

11

- Windkraftanlage
- wind turbine

22nd

- Turm
- Tower

33rd

- Boden
- Ground

44th

- Nabe
- hub

55

- Rotationsachse
- axis of rotation

66

- Windrichtung
- wind direction

77

- Träger
- porters

88th

- Rotorflügel
- rotor blades

99

- Gitterprofil
- Grid profile

1010th

- Längsstrebe
- longitudinal strut

1111

- Querstrebe
- cross strut

1212th

- Haupterstreckungsebene
- Main extension level

1313

- Flächennormale
- surface normal

1414

- Anstellwinkel
- angle of attack

1515

- Längsachse
- longitudinal axis

1616

- Drehrichtung
- Direction of rotation

Claims

1. High-speed wind turbine, with a tower, with a hub arranged at the upper end of the tower and rotatable about a horizontal axis of rotation, and with a maximum of four air-flowed rotor blades that extend radially from the hub and are spaced tangentially to generate lift and the resulting rotation of the hub, characterized in that the rotor blades ( 8 ) each have a grille profile ( 9 ) through which air flows to generate the lift.

2. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the grid profile ( 9 ) with respect to the axis of rotation ( 5 ) radially extending longitudinal struts ( 10 ) and with respect to the axis of rotation ( 5 ) tangentially extending cross struts ( 11 ).

3. Wind power plant according to claim 2, characterized in that the lattice profile ( 9 ) is formed in the shape of a circular arc.

4. Wind turbine according to claim 2 or 3, characterized in that the longitudinal struts ( 10 ) are arranged at an angle of attack ( 14 ) of 30 ° ± 5 ° relative to the axis of rotation ( 5 ).

5. Wind power plant according to claim 4, characterized in that the longitudinal struts ( 10 ) with respect to a surface normal ( 13 ) of the main extension plane ( 12 ) of the lattice profile ( 9 ) in the angle of attack ( 14 ) of 30 ° ± 5 ° are arranged.

6. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the lattice profile ( 9 ) struts ( 10 , 11 ) which are arranged at an angle of 90 ° to one another so that imaginary diagonals between the connection points of the struts ( 10 , 11 ) run radially and tangentially to the axis of rotation ( 5 ).

7. Wind turbine according to claim 4, this referred to claim 2, or according to claim 6, characterized in that the surface normals ( 13 ) of the main extension plane ( 12 ) of the grid profile ( 9 ) in the angle of attack ( 14 ) of 30 ° ± 5 ° with respect to the axis of rotation ( 5 ).

8. Wind power plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the grid profile ( 9 ) struts ( 10 , 11 ) has a right angular cross-section with rounded edges.

9. Wind power plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the grid profile ( 9 ) has curved struts ( 10 , 11 ).

10. Wind power plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the grid profile ( 9 ) has aerodynamically profi struts ( 10 , 11 ).